李志龍

(安徽省阜陽市水利規(guī)劃設(shè)計院有限公司，安徽 阜陽 236000)

0 引 言

楊溝片洼地是沿潁洼地的其中一部分，洼地缺少抽排設(shè)施，汛期受潁河外河水位頂托，澇水無法外排。同時，當(dāng)汛期前黑茨河向潁河分流，外河水位高無法自排時需泵站抽排，因此楊溝口建泵站是十分必要的[1_6]。

1 工程概況

黑茨河流域地處豫皖平原，自中華人民共和國成立以來經(jīng)過不斷的治理，洼地的洪澇災(zāi)害明顯減少，特別是開挖了茨淮新河，黑茨河由入沙潁河改入茨淮新河，洪澇災(zāi)害次數(shù)明顯減少，程度明顯減輕，但災(zāi)害仍然不斷。相應(yīng)黑茨河出口洪水位為31.77 m(1985國家基準高程)，黑茨河流域原墻閘以下545 km2都受到回水不同程度的影響，降雨無法短期內(nèi)及時排除。目前建有阜陽市第二水廠，第四水廠正在建設(shè)，同時又是引江濟淮工程清水輸水河道。茨淮新河水源保證率低，特別是干旱時間對阜陽市供水水源不能保證。

楊溝涵是潁泉區(qū)1座十分重要的水利工程，原設(shè)計5 a一遇除澇流量32.13 m3/s，為20世紀80年代新建，單孔凈寬2.8 m，共2孔，涵底板高程26.37 m(1985國家高程基準)。2000年之前進行過一次維修接長，距今已有20多年時間，設(shè)備老化，閘門啟閉困難，已成為防洪的一大隱患。位于楊溝溝口入沙潁河處的現(xiàn)狀排水溝系已形成，且原涵過流能力不能滿足本次設(shè)計標準提高到10 a一遇的規(guī)劃要求。楊溝涵位于潁左月牙堤上，堤防距河口約240 m，該段堤防長度160 m，較上下游堤線后退約150 m?？裳须A段楊溝站位于楊溝涵原址，堤防迎水側(cè)填筑管理設(shè)施莊臺，配電設(shè)施與泵室分別位于堤防迎水側(cè)和背水側(cè)，運行管理非常不便。綜合考慮在現(xiàn)狀楊溝涵址處拆除楊溝涵，新建楊溝泵站(見圖1)。

圖1 楊溝泵站勘測定界示意

2 建筑物選型

2.1 樞紐布置比選

楊溝泵站設(shè)計排澇標準為10 a一遇，自排設(shè)計水位內(nèi)河側(cè)29.60 m、潁河側(cè)29.50 m，分流時期自排流量為72 m3/s；抽排內(nèi)河側(cè)設(shè)計水位28.00 m、最高運行水位30.00 m、最低運行水位26.50 m。泵站選用3臺1600ZDBX—70型立式潛水軸流泵，配套電機630 kW，總裝機容量1 890 kW。初步設(shè)計對樞紐布置進行如下方案比選。

(1)方案一。抽排、自排合建方案。自排涵與排澇站共用3孔孔徑(寬×高為5.0 m×6.7 m)進水閘。抽排選用3臺1600ZDB型軸潛水流泵，泵室兩側(cè)各設(shè)置2孔孔徑(寬×高為3.5 m×5.0 m)自排涵，與泵室共用底板，一側(cè)自排涵寬度8.6 m，泵室段總寬度32.9 m。泵室段后接壓力水箱，壓力水箱后接5孔孔徑(寬×高為3.6 m×4.0 m)穿堤涵。

(2)方案二。抽排、自排分建方案。在楊溝左側(cè)建排澇泵站，右側(cè)建自排涵，該方案排澇站首端設(shè)3孔孔徑(寬×高為5.0 m×6.7 m)進水閘。抽排選用3臺1600ZDB型軸潛水流泵，泵室段寬度16.1 m，泵室段后接壓力水箱，壓力水箱后接1孔孔徑(寬×高為3.6 m×4 m)穿堤涵；右側(cè)自排部分為5孔孔徑(寬×高為3.6 m×4.0 m)穿堤涵，涵洞底板設(shè)2‰縱坡。

經(jīng)比較(見表1)，方案一總投資較省，運行費用較低。因此，本設(shè)計擬選用方案一，即合建布置方案。

表1 兩方案優(yōu)缺點比較

2.2 泵室形式選擇

本泵站規(guī)模大、流量大，根據(jù)規(guī)劃運行條件和水機機型比選成果，水泵選用3臺1600ZDB潛水軸流泵，確保進水流態(tài)均勻和機組運行安全。

2.3 地基處理方案選定

由于前池、泵室段底板底高程20.90 m位于第(4)層，為重粉質(zhì)砂壤土。層底高程為19.94～20.35 m；層厚為1.50～2.50 m；該層滲透系數(shù)5.0×10-4，為中透水層。為減小建筑物底板上的滲壓水頭，防止?jié)B透破壞，擬在上述建筑物四周采用直徑0.5 m水泥攪拌樁截滲墻處理。

2.4 工程總體布置

楊溝涵是潁泉區(qū)1座十分重要的水利工程，原設(shè)計5 a一遇除澇流量32.13 m3/s，涵室總寬2.8 m，共2孔，涵底板高程26.37 m(1985國家高程基準)；2000年之前進行過一次維修接長。綜合考慮拆除楊溝涵，在現(xiàn)狀楊溝涵置處新建楊溝泵站(見表2)。

表2 楊溝泵站規(guī)劃條件成果

(1)上游引渠。上游引渠斷面尺寸根據(jù)土質(zhì)不沖不淤流速、排澇水位且結(jié)合站身布置尺寸等綜合確定，底寬由12.0 m漸變至13.0 m，邊坡1∶2，渠底設(shè)縱坡i=1/8 000。經(jīng)計算，其過流能力90.6 m3/s，大于設(shè)計自排流量72 m3/s。

(2)進水閘。結(jié)合布置檢修閘門及清污機等，確保機組正常運行，在泵房前池前端建進水?dāng)r污閘，底板高程23.70 m。閘室上游端設(shè)攔污柵和清污機，攔污柵傾角80°。檢修門頂設(shè)啟閉機操作臺及固定式雙吊點卷揚式啟閉機。閘墩頂程30.70 m，啟閉機臺頂高程39.50 m。

(3)前池。該泵站進水前池采用正向進水，平面呈直線型收縮布置，平面收縮角38°。前池順水流向30.0 m，共分3段。前池底板高程自23.70 m斜降至22.20 m，坡比1∶9.3，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。進水前池末端混凝土護底底板下設(shè)反濾體導(dǎo)滲，以降低底板下的滲透壓力，增加底板抗浮能力。

(4)泵房。本泵站規(guī)模大、流量大，根據(jù)規(guī)劃運行條件和水機機型比選成果，水泵選用3臺1600ZDB潛水軸流泵。結(jié)合工程經(jīng)驗同時考慮節(jié)省工程投資，采用封閉式簸箕型進水流道。各斷面面積沿程均勻變化，逐漸縮小，水流流速逐漸增大。由于本站進出水最低水位相近，為同時滿足葉輪及出水口淹沒深度要求，本站采用井筒加蝸殼式周向出水，改善了出水流態(tài)。出水流道出口設(shè)拍門各1道，流道出口上方設(shè)置通氣管。

(5)壓力水箱漸變收縮段。在泵室出水側(cè)與穿堤涵之間設(shè)漸變收縮段，長度15.0 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；平面尺寸由泵室側(cè)32.9 m漸變收縮至穿堤涵進口寬度21.2 m；底板高程25.00 m。

(6)穿堤涵。穿堤涵為5孔鋼筋混凝土箱涵，單孔尺寸3.6 m×4.0 m(寬×高)。為適應(yīng)不均勻沉降，共分3節(jié)，每節(jié)長度11 m，洞身分段接頭處設(shè)洞箍。出口段設(shè)防洪閘門及啟閉機臺，啟閉機臺頂高程35.80 m，堤頂高程35.80 m。

(7)出口防沖段。穿堤涵洞出口設(shè)防沖段，底高程25.00 m。長度方向分為2段，各長10 m；末端設(shè)防沖槽長4 m，兩側(cè)河坡采用混凝土預(yù)制塊護砌。

(8)下游引渠。結(jié)合穿堤涵出口的總體布置，擬定下游引渠底寬由18.5 m漸變至12.0 m，邊坡1∶2，渠底設(shè)縱坡i=1/8 000。渠底高程25.00 m，平順接入原河道。

3 穩(wěn)定計算

3.1 穩(wěn)定計算簡圖

穩(wěn)定計算工況及簡圖如下所示(見圖2)。

圖2 穩(wěn)定計算簡圖

(1)完建期。

(2)最高運行期：內(nèi)河水位26.50 m，潁河水位33.80 m。

(3)檢修期：前池側(cè)28.00 m，泵站側(cè)無水，潁河水位31.30 m。

各種計算工況的荷載組合如下所示(見表3)。

表3 荷載組合

3.2 建筑物級別及相應(yīng)的安全系數(shù)

泵站主要建筑物允許抗滑安全系數(shù)按下表確定(見表4)。

表4 主要建筑物抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值

3.3 穩(wěn)定計算

抗滑穩(wěn)定按下式計算:

式中，ΣG為作用于構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面以上的全部豎向荷載(kN)；ΣH為作用于構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面以上的全部水平向荷載；f為摩擦系數(shù)。

基底應(yīng)力按下式計算:

基礎(chǔ)底面應(yīng)力不均勻系數(shù)按下式計算:

η=Pmax/Pmin

式中，η為地基應(yīng)力的不均勻系數(shù)。

計算結(jié)果如下所示(見表5～表8)，從計算結(jié)果可看出：進水閘、泵室在各時期的抗滑穩(wěn)定滿足要求。

表6 泵室穩(wěn)定計算成果

表7 穿堤涵洞啟閉機臺段穩(wěn)定計算成果

表8 翼墻計算成果

3.4 地基設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)資料，本站各部位對應(yīng)的地基持力層及地基承載力允許值如下所示(見表9)。內(nèi)外河側(cè)翼墻、前池、泵室、洞身、控制段底板的持力層強度較高，該層土抗?jié)B穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性均較好，為該站的良好的基礎(chǔ)持力層。泵站各部位基底應(yīng)力Pmax≤1.2[R]，(Pmax+Pmin)/2≤[R]，不需要地基處理。

表9 各部位基底應(yīng)力及地基承載力允許值

4 結(jié) 論

對地基沉降量及沉降差接近規(guī)范上限的工程，需根據(jù)建筑物地基土質(zhì)情況選擇合適的地基處理方案。結(jié)合工程實例，對楊溝泵站下的地基采用了相應(yīng)加固的方案。通過對泵站主要建筑物的復(fù)核分析計算，結(jié)果表明泵站主要建筑物結(jié)構(gòu)安全，從而為后期泵站的更新改造提供了技術(shù)支撐。